DE10129664C2 - Antennenscheibe mit einem Hochfrequenzbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenscheibe mit einem Hochfrequenzbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

DE 196 27 052 C2 offenbart einen Antennenanschluss für Kfz-Antennenscheiben, der ei­ ne rein kapazitive Kopplung eines elektrischen Leiters mit einer Leiterstruktur vorsieht, die sich auf einer freiliegenden Oberfläche der Scheibe befindet. Zwei federnd aufeinander gedrückte Koppelelektroden, davon eine an dem elektrischen Leiter und die andere an der Leiterstruktur ausgebildet, werden mithilfe einer Isolierschicht ohne galvanischen Kon­ takt auf einem definierten Spaltabstand voneinander gehalten und bilden so einen Koppel­ kondensator mit definierter Kapazität. Die Isolierschicht kann selbstklebend ausgeführt sein, um zusätzlich zur Federbelastung eine Fixierung des Kontaktbereichs zu erhalten. Ein nachgeordnetes Hochfrequenzbauteil, z. B. ein abseits der Antennenscheibe ange­ ordneter Empfänger, wird an den elektrischen Leiter vorzugsweise mithilfe einer Steckver­ bindung angeschlossen.

DE 198 23 202 A1 beschreibt eine Fahrzeug-Antenneneinrichtung, bei der die in Kontakt­ stellen eines Kontaktfeldes zusammengefassten Fusspunktanschlüsse aller auf einer transparenten (Glas-)Scheibe angeordneten Antennen von einem auf der Scheibenober­ fläche angeordneten Kunststoffsockel umfasst sind, in dem ein Hochfrequenzbauteil, z. B. ein Verstärker, lösbar befestigt ist. Für die elektrischen Verbindungen zwischen dem Hochfrequenzbauteil und den Kontaktstellen werden dort Federkontakte verwendet. Diese sind zwar einfach montierbar und demontierbar, aber zugleich relativ anfällig gegen Korro­ sion und auftretende mechanische Schwingungen.

DE 198 56 663 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Kontaktieren einer an einer Fahrzeug- Fensterscheibe angeordneten Antenne mit einem auf der Fensterscheibe befestigten Ver­ stärkergehäuse. Der Verbindungsbereich ist von einer Klebeschicht umgeben, während die elektrischen Kontakte vorzugsweise durch Löten hergestellt werden. US 6,087,996 A zeigt eine ähnliche Anordnung mit Federkontakten, wobei das Verstärkergehäuse mithilfe eines Klettverschlusses lösbar an der Scheibenoberfläche befestigt wird.

Aus DE 197 35 395 A1 ist es bekannt, eine als Antenne dienende leitfähige Flächen­ schicht auf einer transparenten (Glas-)Scheibe kapazitiv an einen Anschlußleiter anzu­ koppeln, mit dem das Antennensignal an den Rundfunkempfänger weitergeleitet wird. Da­ bei erfolgt die kapazitive Ankopplung in der Weise, daß eine streifenförmig ausgebildete Elektrode auf die dem Fahrgastraum zugewandte Seite einer Verbundglasscheibe aufge­ druckt wird, während die leitfähige Schicht auf einer im Verbund innen liegenden Oberflä­ che angeordnet ist. Die Länge der streifenförmigen Elektrode soll mehr als 5 cm betragen, und ihre Breite 5 bis 10 mm.

DE 198 58 299 A1 offenbart ein Antennensystem für eine Datenkommunikationseinrich­ tung in einem Fahrzeug, bei der zwei beidseits einer dielektrischen Montagefläche, z. B. einer Fensterscheibe, angeordnete Komponenten des Antennensystems durch kapazitive Kopplung über flächige Koppelelektroden miteinander verbunden sein können.

US 4,931,805 und US 4,931,806 beschreiben eine nachträglich an einer Fahrzeug-Fens­ terscheibe anbringbare Funktelefon-Antenne, wobei ein außen liegender Modul die ei­ gentliche Antenne trägt und ein innen liegender Modul über eine kapazitive Signalüber­ tragung mit dieser Antenne verbunden ist. Als Dielektrikum wird das Fensterglas genutzt. Beide Module sind durch doppelseitiges Klebeband auf den jeweiligen Scheibenober­ flächen befestigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von einer bekannten Scheibe mit einem Hochfrequenzbauteil eine weitere Verbindungsvariante für die Kontaktierung des auf der Scheibenoberfläche angeordneten Hochfrequenzbauteils zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegen­ stands an.

In ein Hochfrequenzbauteil kann eine Mehrzahl von Antennensignalen auch ohne jeweils eigene Kontaktstellen mittels einer flächigen Elektrode auf kapazitivem Weg mit vernach­ lässigbaren Dämpfungsverlusten übertragen werden. Hierzu ist zunächst auf der Scheibe eine die Antennensignale führende flächige Leiterstruktur vorzusehen. Es kann sich dabei um Signale von Diversity-Antennen für den Rundfunk- und TV-Empfang handeln. Es kön­ nen aber auch Signale von Rundfunk/TV und Funktelefonie, GPS und dgl. mehr kombi­ niert werden. Diese Signale können im Hochfrequenzbauteil mittels geeigneter Kompo­ nenten auseinander gefiltert und getrennt ausgewertet, insbesondere verstärkt und später wiedergegeben werden.

Natürlich müssen sich die beiden Koppelelektroden vollständig überlappen, weil die Kapa­ zität proportional zur Elektrodenfläche ist. Eine nicht vollständige Überlappung führt zu einer Reduzierung der Koppelkapazität und damit zu einer Erhöhung der Dämpfung bei tieferen Frequenzen. Man wird die besagte Überlappung in der Regel dadurch sicher stel­ len können, dass die als Auskoppelpunkt genutzte Leiterstruktur auf der Scheibenober­ fläche größerflächiger ausgeführt wird als die zugeordnete Koppel- bzw. Flächenelektrode, so dass geringe Positionsabweichungen unschädlich bleiben.

Ein großer Vorteil dieser Anordnung ist, dass das Hochfrequenzbauteil in Gestalt einer einfachen Platine ohne galvanische Kontakte zur Scheibe hin ausgeführt werden kann.

Die dielektrische Zwischenschicht kann ein Luftspalt mit definierter Spaltweite sein, wenn es möglich ist, diesen nach dem Fixieren des Hochfrequenzbauteils auf der Antennen­ scheibe dauerhaft konstant zu halten. Das kann z. B. mittels geeigneter Montagevorrich­ tungen mit Distanzhaltern ermöglicht werden. In aller Regel wird man das Hochfrequenz­ bauteil mit der Scheibenoberfläche verkleben. Wenn es ein eigenes Gehäuse umfasst, müssen nach dem Aufkleben nur noch die elektrischen Außenanschlüsse fertig gestellt werden. Wenn das Hochfrequenzbauteil kein eigenes Gehäuse umfasst, kann es - natür­ lich nach einer gründlichen Funktionsprüfung - mit einer geeigneten Masse dauerhaft ver­ gossen werden. Dadurch werden Umgebungseinflüsse nahezu hermetisch ferngehalten, obwohl das Hochfrequenzbauteil selbst keine eigene Hülle haben muss. Das trägt auch zur Verringerung seiner Erhebung über die Scheibenoberfläche bei. Gerade im Einsatzfall der Antennenscheibe in einem Fahrzeug ist der zuverlässige Schutz gegen Feuchtigkeit und Wasserdampf unerlässlich.

Die Spaltweite der kapazitiven Übertragungsstrecke kann in einer bevorzugten Variante mittels eines (doppelseitigen) Klebebandes mit definierter Dicke hergestellt werden, wel­ ches einerseits unmittelbar eine dielektrische Zwischenschicht zwischen der scheibensei­ tigen Leiterstruktur und der Koppelelektrode des Hochfrequenzbauteils bildet. Anderer­ seits wird auf diese Weise die Fixierung des Hochfrequenzbauteils sehr stark vereinfacht. Das Material des Klebebandes sichert dauerhaft die Einhaltung der gewünschten Spalt­ weite bzw. des Elektrodenabstands der kapazitiven Übertragungsstrecke.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der kurze Signalweg von der Antenne zum Hoch­ frequenzbauteil, zumal wenn dieses einen Verstärker umfasst. Denn sowohl Verluste als auch Störeinflüsse bleiben auf diese Weise sehr gering. Das Hochfrequenzbauteil kann neben einem oder mehreren Verstärkern z. B. auch einen oder mehrere Tuner und dgl. umfassen.

Auch das Ersetzen eines evtl. ausgefallenen Bauteils ist nicht besonders aufwändig. Man kann die Vergussmasse ggf. zusammen mit dem unbrauchbar gewordenen Bauteil und der Klebeverbindung entfernen, wobei ähnlich wie bei Federkontakten keine eigenen Arbeitsschritte zum Lösen der Kontakte erforderlich sind.

Es versteht sich, dass die hier beschriebene Anordnung eines Hochfrequenzbauteils auf einer Antennenscheibe sowohl bei Glas- als auch bei Kunststoffscheiben anwendbar ist, natürlich auch sowohl bei monolithischen als auch bei Verbundscheiben.

Die Verbindung zwischen der Leiterstruktur und den Antennenelementen sowie die Her­ stellung und Bauart der letzteren wird hier nicht näher erörtert, weil im Stand der Technik mannigfache Ausführungen und Kombinationen vorbeschrieben sind.

Allerdings ist festzuhalten, dass die Signalübertragung von Leiterstruktur zu Koppelelek­ trode unter dem Hochfrequenzbauteil nicht auf eine einzige Übertragungsstrecke bzw. - kapazität beschränkt ist. Es ist vielmehr auch möglich, die (aufgedruckte oder aufgekleb­ te) Leiterstruktur in mehrere elektrisch getrennte Abschnitte zu unterteilen, deren jeder mit einem Antennenfeld oder dgl. verbunden ist. Anders ausgedrückt werden so mehrere Auskoppelpunkte auf einer Scheibenoberfläche lokal benachbart angeordnet. Die von ihnen geführten Signale werden mithilfe einer entsprechenden Anzahl von räumlich und funktional individuell zugeordneten Koppelelektroden parallel in das diese Mehrzahl von Übertragungskapazitäten überdeckende Hochfrequenzbauteil ausgekoppelt.

So kann man z. B. an einer Stelle auf einer Scheibenoberfläche Signale von Antennen­ strukturen lokal zusammen fassen, die auf mehrere Scheiben (z. B. Seiten- und Heck­ scheiben von Autos) verteilt sind, wie es vor allem bei Diversity-Antennensystemen vorgesehen werden kann. Zu beachten ist bei solchen Mehrfach-Lösungen allerdings, daß zu geringe Kontaktabstände (der übertragenden Leiterstruktur-Abschnitte zueinander) zu einem Signal-Übersprechen führen können. Zum Reduzieren oder Vermeiden dieses Effekts sollte der Abstand zweier Kontaktflächen größer sein als die Längen der einander mit diesem Abstand gegenüber liegenden Kontaktkanten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeich­ nung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehen­ der Beschreibung hervor.

Die einzige Figur zeigt in vereinfachter (nicht massstäblicher) Darstellung einen Schnitt durch den Randbereich einer Antennenscheibe, auf dem ein Hochfrequenzbauteil mithilfe eines doppelseitigen Klebebands dauerhaft befestigt ist.

Eine transparente monolithische Glasscheibe 1 trägt nahe dem Rand einer ihrer Oberflä­ chen sowohl eine opake Beschichtung 2 als auch eine auf letzterer angeordnete elek­ trisch leitfähige Leiterstruktur 3. Die opake Beschichtung und die Leiterstruktur werden bevorzugt in bekannter Weise durch Siebdrucken entsprechender Pasten hergestellt, welche (auf einer Glasscheibe) anschließend eingebrannt werden können. Die opake Be­ schichtung 2 muss nicht elektrisch leitfähig sein. Demgegenüber wird die Leiterstruktur 3 vorzugsweise in bekannter Weise aus einer Siebdruckpaste mit relativ hohem Silberanteil hergestellt, wie es von Stromsammelschienen für aufgedruckte und eingebrannte Heiz­ leiter oder auch für Schichtheizungen auf Autoglasscheiben bekannt ist. In idealer Weise kann die Leiterstruktur 3 auch im vorliegenden Anwendungsfall als weitere Funktion auch eine Sammelschiene dieses Typs bilden. Bekanntlich können Antennenstrukturen auch als Heizelement genutzt werden, wenn ihnen eine Speisespannung aus dem Bordnetz zugeführt wird.

Auf der Leiterstruktur 3 wiederum ist mittels eines dünnen doppelseitigen Klebebandes 4 ein Hochfrequenzbauteil HF befestigt, auf das noch eingegangen wird.

Zwischen der Leiterstruktur 3 und dem Klebeband könnte sich je nach Anforderung des Endkunden eine weitere optisch kaschierende opake Schicht befinden, die elektrisch nicht leitet.

Im Einbauzustand der Antennenscheibe 1 in einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie liegt diese Anordnung in der Regel auf einer dem Fahrzeug-Innenraum zugewandten Oberfläche und wird nach innen von einer Innenverkleidung kaschiert. Die opake Be­ schichtung 2 deckt die Leiterstruktur 3 und das Hochfrequenzbauteil HF optisch nach außen ab.

Unmittelbar mit dem Klebeband 4 ist eine dünne Flächenelektrode 5 aus einem gut leit­ fähigen Metall, z. B. Kupfer, verbunden.

Das Klebeband 4 bildet eine dielektrische Trennschicht mit definierter Dicke zwischen der Leiterstruktur 3 und der Flächenelektrode 5. Seine Dicke gibt den Abstand der beiden Elektroden vor, der nicht mehr als ca. 0,5 mm betragen sollte, und hat somit maßgebli­ chen Anteil am kapazitiven Übertragungsverhalten der Anordnung.

Es wird kein galvanischer Kontakt zwischen der Leiterstruktur 3 und dem Hochfrequenz­ bauteil HF benötigt. Vielmehr dient die Leiterstruktur 3 als erste Elektrode einer kapaziti­ ven Signaleinkopplung in das Hochfrequenzbauteil HF über die Flächenelektrode 5. Letz­ tere ist im Beispielfall ca. 100 mm lang, 10 mm breit und 35 µm dick. Die Leiterstruktur hat an dieser Stelle eine Breite von mehr als 10 mm und eine Dicke von 4-15 µm bei einem Silbergehalt von < 70% und einem spezifischen Widerstand von 2.85 - 5.45.10^-6 [Ω.cm]. Man hat damit ein befriedigendes Übertragungsverhalten im Frequenzbereich oberhalb 40 MHz erreicht, also Signale für VHF, FM, UHF, etc. sicher und mit guter Quali­ tät übertragen.

Die geometrischen Abmessungen der Hardware-Komponenten können in engen Tole­ ranzbereichen konstant gehalten werden. Es ist wichtig, dass die Klebeschicht keine Feuchte eindringen zuläßt. Man verwendet bevorzugt Acrylatkleber als Film oder Foam, deren Permittivität zwischen 2 und 4 liegt.

Damit ist insgesamt eine zur Übertragung hochfrequenter Signale von der Leiterstruktur 3 auf die Flächenelektrode 5 bzw. in nachgeordnete Komponenten des Hochfrequenzbau­ teils HF geeignete Kapazität gebildet.

Die Flächenelektrode 5 ist anderseitig mit einer relativ dicken elastischen Schicht 6 ver­ bunden, vorzugsweise wiederum verklebt, welche leichte Krümmungen der Oberfläche der Scheibe 1 ausgleichen kann und soll. Die Flächenelektrode 5 selbst ist dünn genug, um jeglicher in der Praxis relevanten Oberflächenkrümmung folgen zu können. Auf die Spaltweite bzw. Dicke des Klebebandes 4 haben diese Krümmungen deshalb einen ver­ nachlässigbar geringen Einfluss. Hierauf folgt eine Trägerplatte 7, welche das mechani­ sche Rückgrat des Hochfrequenzbauteils HF bildet. Je nach Einbauumgebung kann diese Trägerplatte steif oder flexibel sein. Auf ihr ist eine Trägerplatine 8 mit nicht näher zu erörternder elektronischer Ausstattung befestigt. Auch diese kann ebenso wie die Träger­ platte je nach Anforderung flexibel ausgeführt werden, wenn es die Einbauumgebung (z. B. sehr kleine Krümmungsradien der Scheibenoberfläche am Einbauort) erfordert oder das Hochfrequenzbauteil relativ große Flächenabmessungen hat.

Schließlich ist ein Signalkabel 9 elektrisch mit der Trägerplatine bzw. auf dieser ausgebil­ deten Leiterbahnen verbunden. Über dieses (abgeschirmte) Signalkabel 9 werden Signale zu nachgeordneten, hier nicht gezeigten Aggregaten (Rundfunk-, TV-, Telefongeräte etc.) übertragen; ferner dient es zum Versorgen des Hochfrequenzbauteils HF mit elektrischer Spannung und ggf. zum Erden.

Diese gesamte Anordnung wird von einer Vergussmasse 10 eingehüllt, welche an der Oberfläche der Antennenscheibe 1 bzw. an der opaken Beschichtung 2 fest haftet und das Hochfrequenzbauteil hermetisch gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen ab­ schirmt.

Claims (10)

1. Antennenscheibe (1) mit einer auf einer ihrer Oberflächen vorgesehenen hochfrequente Antennensignale führenden Leiterstruktur (3), die mindestens eine erste flächige Koppelelektrode umfasst, sowie mit einem mindestens eine zweite flächige Koppelelektrode (5) umfassenden Anschluss für ein nachgeordnetes Hochfrequenzbauteil (HF) auf derselben Oberfläche der Scheibe, wobei die bei­ den Koppelelektroden durch eine dielektrische Zwischenschicht (4) getrennt und ohne galvanischen Kontakt mit definiertem Abstand zueinander gehalten sind, um das Hochfrequenzbauteil (HF) mit der Leiterstruktur (3) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzbauteil (HF) auf der besagten Oberflä­ che der Scheibe über dem Flächenbereich der beiden Koppelelektroden fest und diesen überdeckend angeordnet ist und eine Trägerplatte (7) umfasst, welche au­ ßer der flächigen Koppelelektrode (5) eine mit dieser verbundene Trägerplatine (8) trägt.

2. Antennenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flä­ chige Koppelelektrode (5) auf der einen Seite und die mit ihr verbundenen Bautei­ le (8) auf der anderen Seite der Trägerplatte (7) angeordnet sind.

3. Antennenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Zwischenschicht durch ein Klebeband (4) mit definierter Dicke ge­ bildet ist.

4. Antennenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Zwischenschicht durch einen Luftspalt mit definierter Spaltweite gebildet ist.

5. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das auf der Scheibe (1) befestigte Hochfrequenzbauteil (HF) mittels einer an der Scheibenoberfläche haftenden ausgehärteten Masse (10) luft- und wasserdampfdicht vergossen ist.

6. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur (3) aus einer elektrisch leitfähigen Einbrennpaste besteht, welche auf eine Oberfläche der Scheibe (1) aufgedruckt und eingebrannt ist.

7. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Antennenelemente ebenfalls aus einer aufgedruckten und eingebrannten elektrisch leitfähigen Einbrennpaste bestehen.

8. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur elektrisch oder kapazitiv mit Anten­ nenelementen verbunden sind, welche auf einer anderen Oberfläche der Scheibe, insbesondere im Inneren einer Verbundscheibe, angeordnet sind.

9. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur in mehrere voneinander beabstan­ dete und elektrisch getrennte, Signale führende Abschnitte gegliedert ist, denen jeweils eine eigene Koppelelektrode des Hochfrequenzbauteils räumlich und funk­ tional individuell zugeordnet ist.

10. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die als Auskoppelpunkt genutzte Leiterstruktur auf der Schei­ benoberfläche größerflächiger ausgeführt wird als die zugeordnete Koppel- bzw. Flächenelektrode des Hochfrequenzbauteils.